一颗比宇宙还古老的恒星?
数字化巡天影像中的“玛士撒拉”——一颗比宇宙还“古老”的恒星。
Digitized Sky Survey (DSS), STScI / AURA, Palomar / Caltech, and UKSTU / AAO
天秤座,距离地球大约190光年远的太空中,有一颗奇怪的恒星。这颗恒星在太空中以每小时130万公里的高速飞行着。
更奇怪的是,2000年欧空局依巴谷卫星的观测结果显示,这颗恒星形成于160亿年前。宇宙微波背景告诉我们,宇宙大约诞生于138亿年前。而这颗编号为HD 140283的恒星居然比宇宙还要古老。
人们将《圣经》中活了969岁的长老“玛士撒拉”之名,赐予了这颗恒星。这颗“贫金属”超巨星的主要成分是氢和氦,含铁量极少。这样的成分组合表明,这颗恒星一定是在铁元素极为稀有的远古时期形成的。但是它再古老,也不可能比宇宙还古老。
所以,要么是恒星的年龄错了,要么是宇宙的年龄错了。
天文学家对恒星年龄进行了反复验算。他们梳理了哈勃太空望远镜2003年至2011年间获取的11组观测数据。这些数据记录了恒星的位置、距离和输出的能量。而通过视差、光谱和光度测量,我们可以得到一个更为准确的恒星年龄值。
HD 140283年龄值的不确定性有一部分来自恒星距离值的精度误差。假如我们能够更加精确地测出它的光度(固有亮度),我们就能更加精确地算出它和地球之间的距离,也能更加精确地算出它的年龄。恒星的光度值越大,它的年龄就越小。天文学家还观察了它身上的视差效应,观察了它六个月内在天空中的位移,这种位移是地球轨道的变化导致的,而这也能告诉我们它离我们有多远。
恒星的理论模型本身也带有不确定性。模型能够告诉我们恒星内核核聚变反应的速度。恒星外壳中元素的扩散下沉也很重要,假如外壳中的剩余氦元素下沉得很深,参与核聚变的氢含量就会相应变少。而燃料假如消耗得快,恒星的寿命就会缩短。
另外一个重要因素是恒星的氧含量。HD 140283的氧-铁比例比预计的要高,鉴于早期宇宙中的氧并不丰富,所以这颗恒星的实际年龄确实也应该更小一些。
通过这一系列测算,科学家相信HD 140283诞生在144.6亿年前。现在它比之前年轻了许多,但是依然比宇宙还要老。
2014年,科学家再接再厉,进一步缩小了这个数字——HD 140283诞生在142.7亿年前。加上前后7至8亿年的容许误差,这颗恒星已经不再比宇宙更古老了。问题似乎已经解决了。
但是实际情况并没有那么简单。
古老恒星的年龄和宇宙年龄相近这一现象,在部分科学家看来更像是科学的一个成就。它表明宇宙大爆炸理论是可信的。观测中总会存在不确定性,因此两者的年龄实际上是互相吻合的。